側鎖エンジニアリングは、簡単で普遍的な化学修飾手法として、有機太陽電池材料の分子設計と性能向上に広く応用されています。本研究では、β-置換された2-エチルヘキシルオキサチオフェン単位およびベンゼン環単位をA-DA'D-A型の小分子受容体(SMAs)の環状核端に導入し、新たな受容体材料K10およびK11を合成し、これらを既存の受容体材料K2 (T2EH)およびK5 (P2EH)と系統的に比較して、共役側鎖のタイプが材料の光電特性、分子の集積挙動、および光伏性能に与える影響を調査しました。アルキル側鎖に比べ、アルコキシ側鎖の導入は材料のエネルギーレベル分布を著しく変化させ、吸収範囲を著しく赤方偏移させることができます。同時に分子間の配列堆積に不利な影響を及ぼし、材料の電荷伝達能力を損ないます。そのため、K10およびK11の光伏性能はK2およびK5と同じほど良くありません。最終的に、低コストの高分子PTQ10をドナー、K2を受容体として使用した有機太陽電池(OSCs)は、より高く、よりバランスの取れたキャリア移動度、より効果的なエキシトン分離および電荷収集を備えており、エネルギー変換効率(PCE) 18.94%を達成しました。本研究は、A-DA'D-A型SMAsの外側鎖の微調整が材料の光伏性能を向上させる上で重要であり、実現可能であることを証明しています。

有機太陽電池;小分子受容体;側鎖エンジニアリング;分子集積;ホール伝達